工厂信息化解决方案汇总
北京时代凌宇科技有限公司 2010 年 12 月
工厂信息解决化方案汇总
目 录 第 1 章厂区安全......................................................................................................................................4 1.1 安防视频监控................................................................................................................................4 1.2 周界监控........................................................................................................................................5 1.2.1 红外对射...............................................................................................................................6 1.2.2 智能视频与分析系统...........................................................................................................8 1.3 IPS 定位系统................................................................................................................................10 1.3.1 系统介绍..............................................................................................................................11 1.3.2 系统构成..............................................................................................................................11 1.3.3 系统功能..............................................................................................................................11 1.3.4 系统特点.............................................................................................................................12 1.4 点检员巡检系统..........................................................................................................................14 1.4.1 系统设计目的.....................................................................................................................14 1.4.2 系统基本原理.....................................................................................................................14 1.4.3 系统设计特点.....................................................................................................................15 1.4.4 系统组成.............................................................................................................................16 1.4.4.1 设备信息钮......................................................................................................................16 1.4.4.2 点检员巡检器..................................................................................................................17 1.4.4.3 通讯座..............................................................................................................................17 1.4.4.4 系统管理软件..................................................................................................................18 1.4.5 系统配置.............................................................................................................................18 1.4.5.1 设备信息钮......................................................................................................................18 1.4.5.2 点检员巡检器..................................................................................................................18 1.4.5.3 通讯座..............................................................................................................................19 1.4.5.4 点检员管理平台..............................................................................................................19 第 2 章厂区物流....................................................................................................................................20 2.1 运输机车管理........................................................................................................................20 2.1.1 系统建设原则.....................................................................................................................20 2.1.2 系统功能.............................................................................................................................21 2.1.3 系统建设内容.....................................................................................................................21 2.1.4 架构设计.............................................................................................................................22
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2.1.5 业务系统.............................................................................................................................23 2.1.6 设备选型.............................................................................................................................24 2.1.6.1RFID 标签.........................................................................................................................24 2.1.6.2 铁水罐监控读卡器..........................................................................................................24 2.1.6.3 固定式发卡机..................................................................................................................25 2.1.6.4 手持式读写设备..............................................................................................................25 2.1.7 应用软件部署方案.............................................................................................................25 2.1.7.1 应用软件支撑环境..........................................................................................................25 2.1.7.2 部署方案..........................................................................................................................25 第 3 章工业生产信息化.......................................................................................................................27 3.1WSN 无线智能温度监测系统................................................................................................27 3.1.1 系统介绍.............................................................................................................................27 3.1.2 系统构架.............................................................................................................................27 3.1.3 工作原理.............................................................................................................................28 3.1.4 组网示意图.........................................................................................................................30 3.1.5 物理部署.............................................................................................................................31 3.1.6 系统特点.............................................................................................................................31 3.1.7 关键设备技术指标.............................................................................................................32 3.2 无线智能轴温监测系统........................................................................................................33 3.2.1 系统介绍.............................................................................................................................33 3.2.2 系统构成.............................................................................................................................34 3.2.3 系统特性.............................................................................................................................34 3.2.4 无线智能轴温监测产品系列.............................................................................................35 3.3 能源计量信息管理系统........................................................................................................37 3.3.1 系统概述...................................................................................................................................37 3.3.2 系统架构...................................................................................................................................38 3.3.3 组网及采集工作原理 .............................................................................................................40 3.3.3.1 采集原理..........................................................................................................................40 3.3.3.2 组网规则..........................................................................................................................40 3.3.4 系统特点...................................................................................................................................41 3.3.5 组网及相关产品介绍...............................................................................................................42
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3.3.5.1 能源数据采集器（LTS150）..........................................................................................42 3.3.5.1.1 产品功能.......................................................................................................................42 3.3.5.1.2 技术参数.......................................................................................................................42 3.3.5.2 智能无线中继 I 型（LTS821）.......................................................................................43 3.3.5.2.1 产品功能.......................................................................................................................43 3.3.5.2.2 技术参数.......................................................................................................................44 3.3.5.3 无线网关（LTS880）......................................................................................................44 3.3.5.3.1 产品功能.......................................................................................................................44 3.3.5.3.2 技术参数.......................................................................................................................45 3.4 生产管理系统 MES................................................................................................................46 3.4.1 行业背景...................................................................................................................................46 3.4.2 棒线厂生产管理系统硬件.......................................................................................................48 3.4.3 棒线厂生产管理系统软件.......................................................................................................48 3.4.3.1 订单分配管理系统..........................................................................................................49 3.4.3.2 质量管理系统..................................................................................................................49 3.4.3.3 物料设计系统..................................................................................................................52 3.4.3.4 生产管制系统..................................................................................................................53 3.4.3.5 进程管理系统..................................................................................................................53 3.4.3.6 作业管理跟踪粒度及接口..............................................................................................55 3.4.3.7 库房管理系统..................................................................................................................55 3.4.3.8 销售和结算......................................................................................................................56 3.4.3.9 数据库设计......................................................................................................................56 3.4.4 轧钢数采系统...........................................................................................................................57 3.4.4.1 轧钢数采系统硬件网络设计..........................................................................................57 3.4.4.2 轧钢数采系统软件功能设计..........................................................................................58
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第1章 厂区安全 1.1 安防视频监控 工厂工业园监控系统是保安体系中的重要组成部分，它通过摄像头及辅助 设备、镜头、云台等，直接观看工厂或工业园的一切情况。U-thks 中央监控系统可 以把工厂的图像内容、声音内容同时传送到监控中心，使被监控场所的情况一目 了然，且具备图像、声音记录存储功能，为有序的生产线提供重要保障。
中央收看工厂工业园监控系统现场运作情况 经微软网络浏览器浏览工厂的车间运作及重要部门的工作情况。 中央监看录像片段 经微软网络浏览器浏览工厂的车间运作及重要部门录像片段。 Webcam 远程监看 通过 IP 设置与网络浏览器浏览，管理员可在远程计算机监看不同地点的运 作情况。 物体遗失或被盗立即以 SMS 短讯通知 如有选定的对象遗失或被窃，系统立即以 SMS 发送短信至管理人员手机， 如系统问题亦会自行发出维修警告。 Center V2 中央监控管理软件 中央监控中心 Center V2 可管理 500 台 U-thks 主系统，共 800 个视频。当
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监控点发生动态变化时，相对画面会自己弹出，管理人员立即可看到监控地点 所发生的事件，此功能主要应用于高危及重要场所（如财务部、技术部、仓库 等）。如果事件发生时管理人员恰好离开，回来时亦可得知事件的发生，因为系 统将会把刚刚发生的事件数据记录于画面下方。只需要简单点击，便可看到刚才 发生了什么事。 条形码收银系统（需选配数据收集器，可远程用网络浏览器浏览查看） 实时监控交货收货情况，当货品被盗、收款错误时，可根据录像画面及事件 文字数据查寻（如：货品名称、条形码、发货人等），避免误会发生或追究相关 人事的责任。 防盗报警整合（可远程用网络浏览器浏览查看） 当打卡人打卡时，镜头将把当事人资料影射到 DVR 屏幕与画面同时显示。 根据发生的事件，可检察员工是否有替人打卡、卡被盗导致非本公司员工打卡进 入现象。 E－Map 电子地图 当监控地点有动态情况发生时，地图上摄像头图标将会被红色线框标识并 闪动，点击摄像头图标，查看该镜头的事件影像。 U-thks－VSM 系统状态监视器 检查所有 DVR 监控系统是否正常运行，例如硬盘损坏、磁盘已满、镜头被破 坏、系统发生错误等。
1.2 周界监控 在工厂中有很多区域存在高压电、有毒气体、易燃易爆品等危险源，或是存 放着重要的物资设备，这些区域正常情况向时不应该有人涉入的。但是，由于一 些禁区存在标识不明或疏忽管理，容易出现安全事故，造成人员伤亡或财产损 失。如果可以利用信息化系统，使其 24 小时实时监控，再问题出现时及时报警， 将能大大减小事故的出现率。
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1.2.1 红外对射
一、周界防盗报警系统作用 当前，随着经济的发展，一个个新的厂房建设，人们对工厂的设备安全防 范越来越重视，采取了许多措施来保护工厂的安全。以往的做法是安装防盗网， 但也存在有碍美观，犯罪分子易发现躲蔽，不能有效地防止坏人的入侵等缺点。 现在，全国各地区的厂房都在迅速地开展建设现代化的智能防盗活动，对其中 的安全防范系统、监控系统等提出了更高的要求。 因为在多数厂方多设在郊区，厂房的四周白天或夜间活动人员少时，犯罪 分子很容易有从围墙进入厂区作案，为了使不因该发生的意外损失降到最低， 必须要有一套专门的安全设备与操作人员，来维护和管理厂区的财产安全不受 任何侵害，最安全有效的方法是：1、在厂区的四周围墙上装上无线红外探头， 它是利用人眼看不见的红外线相互之间构成一个防护网，安全性及高。2、在厂房 的四周每一边大约与正中的位置上安装一个超大声音的警笛，厂区的四周四条 边上安装四个警笛，无论是哪条边有人入侵，该条边的警笛立即报警，发出巨 大的声音。偷盗者都是很心虚的，当听到如此大的警笛声都会吓的魂飞魄散，逃 之夭夭。3、报警主机要有专人来管理，报警时主机上会显示报警的防区，显示的 防区就代表该方位有人入侵，因此报警中心必须要有人值守。以便警情得到迅速 处理。 二、厂区的周界防盗报警系统的要求如下： 1、 广泛性----要求厂区的每个重要部位都能得到保护。 2、 实用性----要求每个防范子系统能在实际可能发生受侵害的情况下及时 报警。并要求操作简便，环节少，易学。 3、 系统性----要求每个防范子系统在案情发生时，除必须及时传到保安监 控中心外,还要在该方位有警笛声。 4、 可靠性----要求系统所设计的结构合理产品经久耐用。系统可靠。 三、周界防盗报警系统结构及功能 周界报警主机控制器：908D**系列防盗报警主机 8 防区报警主机、8 个完全 可编程防区、可选液晶键盘或 LED 键盘、4 个键盘、遥控编程、流行款式、6 个用户
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密码、双重、分类或后备报告形式、 908E**系列防盗报警主机
16 个完全可编程防区、可选液晶键盘或 LED 键
盘、8 个用户密码、双重、分类或后备报告形式、24 小时防区类型可在 10-300 秒间 设置进入延迟时间；在 10-150 秒间设置退出延迟时间、 8 个 2 至 5 位数用户密 码，分别设有不同授权级别、8 号用户可用作临时宾客码使用；有效期最长可达 15 天、独特回呼特性，确保系统安全性、 908**系列防盗报警主机 4 防区报警主机 16 个完全可编程防区、液晶或 LED 键盘可选、遥控编程、现代风格、32 个用 户密码、双重、分类、备份报告形式、128 条带日期/时间的事件记录 周界报警红外对射探头：周界报警探头从室外 20 米到室外 250 米都有 室外双光束增益自动调节红外线探测器。 采用感应控制的大型光学系统，适应雨、雾、雪等恶劣天气。 上下光学镜片同时调整机构，使得调整更快、更方便、更准确。 光轴水平调整角度 180°，垂直方向 10° 警戒距离 室外 20m（室内 50m） 室外 40m（室内 100m）消耗电流投 光 :7mA 受 光 :27mA 投 光 :10mA 受 光 :27mA 电 源 电 压 DC10V-26V 无 极 性 AC8V-18V 环境温度 -25°C-+55°C 光源 双光束红外 LED 报警输出 接点容量 AC、DC30，0.31A（阻性负载）报警时常开/常闭触点无电压输出 报警遮光时间 100msec 周界报警警笛：
额定电压(VDC) 12 工作电压范围(VDC) 6-15 尺寸:(mm) 450*240*390 额定电流 mA:1000/1300 声压 dB/lm:115 功率(W):25 毛重 Kgs:12 数量 pcs:24
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1.2.2 智能视频与分析系统
入侵检测 在摄像头监控的视野范围内，用户可以任意设置警戒区域或警戒线（黄色 区域），当有运动物体（人、车或船）进入警戒区域或在警戒区域内移动，系统 自动将运动目标及移动轨迹标示出来，监控画面提示报警信息同时启动报警器。
路径检测 在摄像头监控的视野范围内，用户可以任意设置警戒区域或警戒线（黄色 区域），当有运动物体（人、车或船）进入警戒区域或在警戒区域内移动，系统 自动将运动目标及移动轨迹标示出来，监控画面提示报警信息同时启动报警器。
徘徊检测 在摄像机的监控范围内，由用户自行设置检测区，一旦有指定类型的目标 在该区域内移动或逗留时间超过指定时间时，系统自动产生报警，同时使用告 警框进行标识，并显示其运动轨迹，提醒相关人员注意有可疑目标在该区域移 动或徘徊。
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滞留检测 在摄像机的监控范围内，由用户自行设置检测区，一旦有指定类型的目标 在该区域内移动或逗留时间超过指定时间时，系统自动产生报警，同时使用告 警框进行标识，并显示其运动轨迹，提醒相关人员注意有可疑目标在该区域移 动或徘徊。
遗留检测 在摄像机监视的范围内，当有满足预设条件的物品被遗留在警戒区域内时 ， 并且超过预设时间，就会产生报警并标示出报警位置。可用于反恐，防范遗留包 裹或爆炸物，以及道路交通检测违章停车等
偷盗检测 在摄像机监视的范围内，当设定的目标物被移走，替代或恶意遮挡时发出 报警。用来保护财产安全。
绊线检测 在整个视频区域中由用户自行设置的感兴趣区域（矩形或者多边形）、警戒 线和警戒方向，一旦有运动目标进入感兴趣区域中便开始标记物体和物体的轨 第9页
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迹，当运动物体按照警戒方向穿越警戒线，系统自动产生告警，同时使警戒线 变色，提醒相关人员注意有移动目标穿越警戒线。
值班在岗检测 值班人员只能在某一规定区域范围内活动，当走出该区域范围，达到预设 时间限制时，系统自动报警。可用于部队哨位离岗检测、执勤人员在岗检测等。
人群密度估计 对监控范围内的人群密度进行定性估计，可将人群密集程度划分为多个等 级，当超过某一拥堵程度时自动报警。可用于广场、地铁、公园等公共场所的人群 拥堵检测和报警，提高安全防范水平。
人数统计 对通过某一预设边界的双向人数进行精确统计，以便随时掌握出入人数。可 用于商店、连锁店、电影院、营业厅等公共场所的人流统计，进而实现商业数据的 获取，也可使用于矿山、重要安全区域的出入口人数控制以加强安全生产管理。
1.3 IPS 定位系统 针对工厂中的重要物资及设备或重点工作人员，进行位置信息精确跟踪， 能够有效保证人员和物资安全，便于管理。但是，工厂里厂房林立，传统的 GPS 时常难以达到精确定位的效果。为了实现厂区内的区域精确定位，我们设 第 10 页
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计了一套 IPS 系统，以补充传统 GPS 的不足。
1.3.1 系统介绍 IPS（Indoor Positioning System）室内定位系统是综合了无线通讯技术、 计算机技术、网络技术、传感技术等，具有定位精度高、部署灵活、环境适应性好 的特点；能够实现隧道、地下停车场、室内外、仓库、园区等各种场合的人员、重要 资产、车辆的识别和定位跟踪，弥补了 GPS 在室内无法定位缺憾，给管理工作 带来巨大的变革。
1.3.2 系统构成 IPS 定位系统由定位标签、信标节点、无线网关、后台软件 4 部分构成。
IPS 定位系统示意图
1.3.3 系统功能
实时监控执勤人员的巡查位置信息 第 11 页
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解决执勤在紧急状况下寻求援助的困扰 非执勤人员擅自闯入警戒区域会发出告警 根据巡查情况的变动，实时调整救急人员的派遣问题 外来人员、车辆擅自闯入禁区自动报警 非正常方式离开监控区域自动报警 外来人员、车辆历史运行轨迹查看与分析 应急物资安全防盗报警 查找物资的实时位置信息
1.3.4 系统特点
（1）自组织性：不倚赖全局的基础设施协助定位。 （2）健壮性：算法具有较好的容错性，能够容忍测距误差或节点失效。 （3）能量高效性：节能，具有较小的计算开销和通信开销。
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IPS 关键设备技术指标 性能指标：
定位标签
信标节点
无线网关
测距精度：小于 1m
定位密度：50 标签 / 400 平方米
传输距离：室外大于 70m（板载 天线） 室内大于 25m
工作频点： 2.4GHz
发射功率： 1mw
工作峰值电流： 小于 55mA
休眠峰值电流：小于 10uA
电源：充电式锂电池
外形尺寸：58×88×10 mm
性能指标：LTP830
传输距离：室外大于 100m 室 内大于 30m
工作频点：2.4GHz
工作电流：小于 100mA
电源：支持外部 5V－24V 直流 电源和 220V 交流电源供电
外形尺寸： 96 ×71×43mm
防护等级：IP54 防尘，防溅水 保护
性能参数： LTP840
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传输距离：室外大于 100m 室 内大于 30m
工作频点： 2.4GHz
数据传输：250kbits/ S
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发射功率：1 mw
工作峰值电流： 小于 100mA
供电电源：USB 供电，并支持 外部 5V 直流电源供电
外形尺 寸： 126 × 78 ×22 mm
1.4 点检员巡检系统
1.4.1 系统设计目的
随着我国经济的高速发展，工业系统对其关键设备等基础设施的安全运行 提出了更高的要求，各工业企业在设备的巡检和维护上投入了大量的人力、物力 但是，由于技术条件的限制，使得工厂设备巡检环节上存在巡检效率低，难于 管理等诸多不足，同时，原有的手工记录和报告形式也极大的限制了工厂设备 管理现代化的建设。 点检员管理系统适用于工厂设备管理部门，它有利于减轻巡检人员和设备 管理人员的工作量，提高工作效率，同时对加强巡查人员的监管、加强巡查与检 修工作的衔接力度，起到了非常好的促进作用。巡检人员在巡检计划的指导下完 成巡检作业能够确保现场的工作状态和质量的达标，将管理要求真正落实到日 常工作中，实现企业对现场巡检人员是否到位的科学化管理，从根本上杜绝巡 检人员不到位、作业报表杜撰、任意修改等漏洞。方便的输入时间、卡号等信息， 及时的上传数据，可减少因传统上报手工表格方式带来的时间差，提高了工作 效率。也为保证工厂设备安全运行、提高设备管理自动化水平和工作效率，提高 经济效益和社会效益提供了有效的手段。 因此，北京时代凌宇科技有限公司针对性地开发了一套专用工厂设备点检 员管理的巡检系统。
1.4.2 系统基本原理
该系统基本原理是在工厂设备的巡检线路上安装一系列代表不同点的智能 第 14 页
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卡，提前设置好需要巡检的线路、时间等计划，巡检到电力设备时，巡检人员用 手持式巡检器读卡，把代表该点的卡号和时间纪录下来，同时对该点的各种参 数和工作状态进行现场采集输入，巡检完成后，巡检器通过通讯器把数据上传 给计算机软件处理，就可以对巡检工作进行记录和考核（如漏检、不按时巡检 等），同时对巡检的设备情况进行收集和数据分析。
1.4.3 系统设计特点
（1） 工业化设计。工厂的巡检环境较为复杂、恶劣，为适合工业现场使用，采 用了合金外壳，硅胶减震，可承受 2 米高度水泥地面跌落冲击；完全水 密封设计，可在水中浸泡使用。 （2） 智能参数输入功能。可以根据客户的要求定制需输入的参数类型，当读卡 到某点时，巡检器可以自动调出其对应参数，方便输入，大大提高巡检 效率。同时，可以实现无纸化管理，实时上传全部数据，便于提高工厂的 现代化管理水平，以及数据统计分析准确性和实时性。 （3） 非接触。采用感应卡技术，感应距离 5cm，可埋入墙内使用，因此避免了 由于电厂粉尘多等恶劣环境的影响，降低了使用和维护的成本。 （4） 数据高度安全。无论数据还是程序都严格加密，无法更改。系统中巡检器、 通讯器以及计算机管理系统，充分体现了保证数据高可靠的读取、传输和 存储的设计思想，不会漏读、误读，更不会丢失数据，特别是在各种恶劣 环境下，如震动、水中、断电，都不会造成数据的丢失。
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1.4.4 系统组成
巡检系统结构示意图
1.4.4.1 设备信息钮 信息钮内核采用进口非接触 EMID 卡芯片，感应距离为 50mm~60mm；无 需电源；内置具有唯一性的 16 位十六进制代码；外加硬塑壳，内灌进口胶，抗 冲击、防浸水；可在-40℃-80℃的温度范围内使用。在安装时只需固定在仪器设 备上，或埋在水泥内。感应型信息钮配合感应型巡检器使用。如图 1。
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图 1 设备信 息钮 1.4.4.2 点检员巡检器
屏幕：112x64 点阵，7x4 汉字，背光 使用条件：环境温度 -20℃~+70℃；相对湿度 ≤90% 外观：长 112mm，宽 48mm，厚 24mm 重量：160g 电池：使用 3.6V 900mAh 充电锂离子电池 信息存储量：4M，掉电不丢失
图 2 中文巡检 器 把巡检器的读取感应部位靠近感应型信息钮，然后按下巡检器的读取键， 若信息读取成功，工作指示灯会闪亮一下，同时蜂鸣器发出一声“嘀”音提示。 然后通过按键录入仪表设备参数。如图 2。
1.4.4.3 通讯座
通讯器为巡检器与计算机之间通信的桥梁
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工作环境温度：-10℃ ~+45℃ 电路组成：USB 通用数据接口或 RS232 串行通信电路、巡检器识别电路及工作 指示电路等。如图 3
图 3 无线通讯座 1.4.4.4 系统管理软件 服务器要求：本系统采用 Microsoft SQL Server 数据库，同时采用多层次、 分布式设计，因此要求中心数据服务器配置不低于以下参数： CPU ：主频 700MHz 以上 硬盘 ：10G 以上双硬盘 内存 ：128M 网卡 ：10/100 自适应 数据库：Microsoft SQL Server7.0 以上
1.4.5 系统配置
1.4.5.1 设备信息钮 每台需要巡查的设备上安装 1 枚信息钮，即登记此信息钮所安装的设备位 置。（在重要设备上可适当增加安装密度），可以粘在设备表面上。
1.4.5.2 点检员巡检器
根据维护人员数量配置。可根据识读器的机号与维护人员建立对应关系进行
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管理。利用巡检器可以记录下将到达时间及输入此设备的一些参数。
1.4.5.3 通讯座
以基础巡检部门为维护单位，每个维护单位配置一台通讯座，一条电话线 路。维护人员巡检工作结束后，通过通讯器将巡检结果上传到电脑里，通过电话 线或局域网可以将核查结果上传到上级管理中心。
1.4.5.4 点检员管理平台
每个分部，建议配置如下设备： 1、计算机硬件要求：CPU 主频 700M 以上、内存 128M 以上、硬盘 10G 以上， 带光驱、网卡，数据库：Microsoft SQL Server7.0 以上 2、配置一台通讯座，一条电话线路。巡检人员巡检工作结束后，通过通讯座 将巡检结果传到分部。
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第2章 厂区物流 2.1 运输机车管理 在大型工业企业里，厂区内部轨道机车频繁运输物料，机车运输有运载量 大、运输时间相对固定等特点。但是在实际生产中，有于机车权属单位和实际使 用单位往往是分开的，国内的厂区机车调度大多数又是靠人工调去，导致了机 车工作效率较低，经常无法按计划进行调度等问题。为解决机车调度难的问题， 可以采用信息化手段，建立一套先进的机车管理系统，以提高机车的工作效率。 以钢铁企业铁水罐调度系统为例，一般的铁水罐运输机车为运输部门所有 ， 由运输部门调度铁水罐在炼铁厂和炼钢厂之间运输铁水。但由于炼铁厂和炼钢厂 生产安排不一定能够同步，有时会出现炼铁厂要出铁时却没有铁水罐可用，或 炼钢厂因等待铁水而无法生产等情况出现。而运输调度部门却只能通过电话方式 逐级查询寻找空闲的铁水罐，效率较低。因此，建立一套铁水罐管理系统，记录 铁水罐的关键工作点工作时间已成为钢铁企业的迫切需求。
2.1.1 系统建设原则 针对铁水罐管理目前存在的问题，铁水罐管理系统的建应满足以下原则： 可视化：在厂区地图上，可以看到每个监控点监实时监控到的铁水罐 的数量，以及每个罐子的实时位置。 数字化：在厂区地图上，查询到某个铁水罐，可以看到它的基本信息、 工作状态和历史数据。 智能化：根据用户设定的报警规则，系统会实时检测铁水罐的工作状 态是否符合规则定义，对于不符合规则定义的铁水罐，系统将自动报 警，提示用户进行下一步处理。
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2.1.2 系统功能 系统应具有下述功能：
监控，在厂区地图上来宏观的看到每个铁水罐的实时运动位置
查询，查询铁水罐的历史轨迹和一些报警事件
基本信息维护，维护铁水罐、监控点等基础数据
系统参数设置，设置铁水罐管理系统的报警规则等参数
2.1.3 系统建设内容 铁水罐管理系统建设统一设计、统一架构，从全局整体考虑，系统主要建设 内容有： 1. 数据采集平台 数据采集平台主要利用RFID技术，在铁水罐上贴有读卡器可以读取的 RFID标签，在厂区的铁路沿线或厂房进入口装有读卡器和天线，来实时的监控 经过此监控区域的标签，即把标签所绑定的铁水罐数据入库并可以在厂区GIS 地图上实时的反映出铁水罐所处的位置和详细信息。 2. GIS 应用服务器平台 GIS应用服务器平台主要为前台显示厂区地图提供数据来源，通过数据采 集平台采集到的实时数据，经过GIS应用服务器进行加工和分析，把分析后的 数据结果和厂区地图数据展现在用户面前。 3. 业务管理平台 业务管理平台主要包括事件管理，基本信息管理，系统管理和监控，让相 关的业务人员通过前台页面来操作和使用系统。 4. 移动巡检系统 系统置于手持终端，方便用户携带，可实现移动巡检，随时随地掌握系统 的运行情况。
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2.1.4 架构设计 根据整体的业务建设内容，系统的逻辑架构设计如下图：
基础设施层 基础设施层主要包含支持系统软件运行的硬件设备，具体包含服务器 系统、存储系统、网络系统等。
数据层 数据层的数据库采用关系型数据库，主要用来存储系统各类业务数据。
业务层 1. 软件基础平台 软 件 基 础 平 台 采 用 基 于 面 向 服 务 的 架 构 SOA （ Service-Oriented
Architecture）的 web services 来构建，其主要是以对外提供服务方式实现用户、
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组织、基础数据、权限等的共享。 2.
数据采集平台
读卡器在具体的监控点实时的发送信息，当贴有标签的铁水罐经过时，读 卡器会读到标签的编号，进一步得到铁水罐的信息，把读到的相应的数据记录 到数据库中。 3.
GIS(地理信息平台)
GIS 平台主要提供厂区地图的地图数据的渲染和地图的操作，如平移、放大 缩小和查找等功能，让用户对铁水罐的运行位置和工作状态可以在可视化的地 图上来进行查看。
应用层 应用层主要面对最终用户，给客户提供直接的服务。
2.1.5 业务系统 本系统包括如下几个模块：
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2.1.6 设备选型
2.1.6.1 RFID 标签 采用金属标签 LTF-5040，坚固耐腐蚀，超大反馈天线，适用于远距离读卡 环境。
2.1.6.2 铁水罐监控读卡器
铁水罐监控RFID读卡器运行采用网络运行方式，即将读卡器接入厂内现有 网络，通过部署在服务器上的数据采集程序统一控制所有读卡器设备，减少重 复建设，减少资金投入。 采用UHF读写器，型号：LTI890 ，外置天线采用超高频天线LTI900。 1. 该设备能够适用于钢厂铁路机车、铁水罐定位； 2. 该设备能够在露天恶劣环境下长期工作； 3. 设备应为一体化设计，高防护等级，外壳应为不锈钢材质，防水防尘等级 达到 IP68； 4. 读写器设备最大外形尺寸不超过 30CM 5. 性能参数 工作频段：902MHz～928MHz 符合标准：ISO 18000-6B 读取距离：大于 12m 标签速率：大于 40kbps RF 输出功率：小于 1W 工作模式：支持跳频和定频 外置天线：支持 9.6dBi 线极化天线 通讯接口：RS 232、10/100M Ethernet、2 路韦根（26/34） 第 24 页
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I / O 接口：1 路光电耦合输入，2 路继电器控制输出
2.1.6.3 固定式发卡机
固定式发卡机采用XCRF-510，便于在后台发卡，写入铁水罐基本信息。
2.1.6.4 手持式读写设备
手持式读写设备 采用S1853，便于在检修时巡检标签是否工作正常。
2.1.7 应用软件部署方案
2.1.7.1 应用软件支撑环境 j2ee应用服务器Tomcat 关系型数据库MySql5.0以上版本 Jdk1.5以上版本
2.1.7.2 部署方案
本系统共建设两个应用系统，分别是铁水罐管理系统、数据采集系统。具体 这两个系统的软硬件部署方案如下： 序
应用系统
服务器
用途
系统及工具软件
号 1
数 量
业务系统
服务器
运行铁水罐 管理业务系 统
Windows Server 简体 中文版，Innoval GIS Server，Mysql5.0 或 以上版本
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1
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2
3
数据采集系统
移动巡检系统
服务器
运行数据采 集系统
Windows Server 简体
运行数据采 集系统
Windows CE
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1
中文版
1
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第3章 工业生产信息化 3.1 WSN 无线智能温度监测系统 发电厂、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备。在长 期运行过程中,开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，而 这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致事故发生。 近年来，在电厂和变电站已发生多起开关过热事故，造成火灾和大面积的 停电事故，解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测 是保证高压设备安全运行的重要手段。
3.1.1 系统介绍 LOIT 无线智能温度监测系统是一套专门用于在线监测高压电接点温度并对 高温过热情况及时报警的信息系统。
3.1.2 系统构架 WSN 无线智能温度监测系统由无线温度传感器节点、智能无线中继、无线网 关和后台监控软件组成，如图 5 所示：
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图1.
系统架构图
无 线 温 度 传 感 器 节 点 ： 直接安装在高压电接点上，采集高压电接点的温 度，并通过无线的方式将温度数据传送到附近的智能无线中继； 智能 无线 中继 ： 汇集无线温度传感器节点传输的温度数据，在 LCD 屏幕 上显示各节点的温度，并对温度异常情况报警。同时，通过自组织的 2.4G 无线 网，将数据上传至无线网关。 无线网关：接收智能无线中继、无线温度传感器节点的数据，并上传给后 台监控软件； 后台监控软件：存储、分析各个被监测的高压电接点的温度数据；一旦发 现温度异常情况，实时在计算机屏幕上显示出警告信号，并显示报警方位；生 成各种统计报表；设定温度正常范围等系统参数。
3.1.3 工作原理
1．
初始化自组织网络
1） 每个开关柜内根据设计安装 9 个测温节点，每个测温节点在安装时，需要 记录其节点 ID（唯一号码），开关柜号码和柜内位置信息，并产生对应的 《竣工图》。因为测温节点完全依靠电池供电，所以在出厂时已经处于间歇 性网络搜索状态。 2） 每个开关柜面板上需要安装一个智能终端，每个智能终端只负责管理同一 机柜内的 9 个监控节点。智能终端没有休眠状态，需要外部供电。智能终端 上电后立即处于寻找无线网关的搜索状态。 3） 在信号不好的区域应该适当的布设通用中继，来加强无线网关和各个中继 间的联系。通讯信号不好，往往是由于建筑物遮挡和金属面反射造成的。 4） 每个温度测控系统必须有且仅有一个无线网关，无线网关连接工控机后， 即会建立一个无线网络（PAN，2.4G）。当 PAN 建立以后，无线中继（智 能终端和通用中继）会找到该网络，并自动加入该网络，此时即完成了自 组织网络建立。 5） 一旦完成 4），智能终端就能通过自组织网络向无线网关传输数据。此时各 个智能终端，将收集到的所有测温节点的信息以广播地址 0xFFFF 上传给 网关，并携带通信质量信息。 6） 无线网关接收到的数据包包括以下信息：智能终端的 64-bit 地址，测温节 点的广播地址 0xFFFF,测温节点通信质量。根据这些信息，上位机程序能 第 28 页
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智能地建立“预”拓扑关系。 2．
自动配置测温节点
1） 上位机程序首先根据 64-bit 地址判断测温节点的父节点（最近的智能终 端）。某些测温节点有歧义，就是测温节点的信息通过两个不同的智能终 端上传到无线网关，上位机程序此时通过信号质量，为测温节点优选一个 父节点。这样，上位机程序能为每一个智能终端，生成一个预拓扑列表。 2） 上位机程序将拓扑列表依次派发给各个智能终端，智能终端则将该信息存 储起来（数据掉电也不会消失），智能终端接着将搜索到的测温节点地址 依次与存储在拓扑列表里的地址比较，并回复对相应的测温节点。 3） 测温节点收到相应回复后，对应的智能终端就被认定为父节点，并且使用 父节点 ID 信息替换广播地址，即被规划到“预”拓扑中。此后，只有相应 的父节点才有权上传该测温节点的信息。 至此，在无人干预的情况下，系统自动完成了智能网络的建立。 3．
手动配置和修改拓扑结构
1） 由于工业现场环境复杂，开关柜摆放紧凑，某些测温节点可能会通过相邻 开关柜的智能终端上传数据，这中情况，往往是因为某个测温节点和相邻 的两个智能终端间的通信质量非常接近。这时就需要人工干预拓扑。 2） 在上位机程序中选定相应的智能终端，它会展开当前管理的测温节点列表， 技术人员根据《竣工图》，依次检查和补充相关信息，例如：监控节点的柜 内坐标信息。 3） 当整个系统配置完成后，无线网关通过执行远程配置命令，将更新后的拓 扑列表重新下载给对应的智能终端，智能终端会将此信息保存（覆盖以前 的列表），并立刻接管对应的测温节点。 4．
温度监控
1） 当整个系统配置完成后，测温节点就能通过对应的智能终端（父节点）， 周期性地向无线网关发送温度信息。 2） 测温节点上传的数据包括：测温节点 ID，智能终端（父节点）地址，温度 信息，通信质量。
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3.1.4 组网示意图
图2.
组网示意图
监控 节点：监控节点上集成温度传感器，负责周期性（T=60s）采集关键部件 的温度； XCC 汇聚点：只负责收集同一个机柜里的监控节点数据，维系其拓扑结构； XBee 中继：安装在信号较弱的位置，连接网关和汇聚点； XBee 网关 ：负责收集各个节点传输来的数据，并通过 Ethernet 接口传输给上 位机软件。
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3.1.5 物理部署
图3.
物理部署图
3.1.6 系统特点
免布线：采用无线方式传输数据，不用任何布线，无线温度传感器节点安装简 便。 免维护：系统中的所有设备均采用一体化设计，安装后不需要任何维护工作。 低 功 耗 ： 无线温度传感器节点选用先进的 IC 芯片，耗能极低，电池持续工作 时间长达 3 年 两级报警： 一旦发生高压电接点过热的情况，本地智能无线中继和后台监控软 件均能及时报警。 高可靠性： 所有的硬件设备采用金属屏蔽层与外界隔离，数据传输在各个环节 均有校验、纠错能力，具备抗干扰、耐高温、数据传输稳定可靠等优良性 能。 兼容性强：提供了丰富的软件开发接口，能够方便地嵌入到各类控制系统。 扩展性强：系统可很方便扩展应用到扭矩、压力等各种状态监测场合。
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3.1.7 关键设备技术指标
（1）无线温度传感节点（LTS220）
图4.
LTS220
性能指标： 温度测量范围：0℃～125 ℃ 精度：±1℃ 典型工业现场传输距离：大于 100m 工作环境温度：-20℃～80℃，150℃内不会造成传感器永久损坏 工作时间：大于 5 年 温度采集方式灵活，满足现场不同的安装需求 外形尺寸：77mm×34mm×25mm 防护等级：IP65 （2）智能无线中继（LTS821）
图5.
LTS821
性能指标： 支持外部 5V－24V 直流电源供电 工作频率：433MHz / 2.4GHz 自适应 典型工业现场传输距离：大于 400m 外形尺寸： Ⅰ 型：96mm×71mm×43mm 防护等级：IP54 （3）无线网关 （LTS800）
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图6.
LTS800
性能指标：
电源：9-12V 直流供电 工作频率：2.4GHz 典型工业现场传输距离：大于 400m 用户接口：Ethernet 接口 工作温度：－30℃～70℃ 外形尺寸：135mm×100mm×28mm 防护等级：IP54
3.2 无线智能轴温监测系统
3.2.1 系统介绍
无线智能轴温监测系统，是一套专门用于对轴温或重要的传动摩擦部位进 行实时在线工作温度监控，并对高温过热情况及时报警的智能信息化系统。系统 包括实时温度检测、显示、报警、数据记录和分析功能。该系统的硬件和软件结构 实现了模块化和标准化。在可靠性、实时性、精确性等性能上都达到了很高的水平。
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3.2.2 系统构成
3.2.3 系统特性
自组织：节点可随时加入或退出网络，节点故障不影响网络的运行，高抗毁性。 免布线：节点安装、使用方便，无线方式传世数据，免除繁琐的现场布线。 低功耗：耗能极低，每秒采集两次，电池持续工作时间长达 3 年。 高可靠性：设备抗干扰、耐高温，数据传输稳定可靠。 高精度：测温精度高，温度变化响应快、刷新快。 兼 容 性 扩 展 性 强 ： 软硬件开发的标准化和模块化，能方便嵌入其他的软硬件 平台。 两级报警：温度过高时，本地无线中继和后台控制系统均能及时报警。 可定制：根据现场实际环境可以进行产品测温头及其安装等方面的定制；可进 行后台控制系统的定制。
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3.2.4 无线智能轴温监测产品系列 LTS221 轴温监测节点：
产品描述：轴温监测传感器节点通过测温探头检测监测对象的温度，并将 温度转发给无线智能中继，实现粥温的实时在线检测。 应用范围：大功率电机的轴承，如高速机车、客车、钢厂的电机、通风机、煤 矿企业的挖掘机、采煤机等。 性能参数： 测温范围：0℃~1200℃ 测温精度：±1.5℃ 传输距离：室内 100m，室外可视距离可达 600m 工作频段：2.4GHz 发送功率：20dBm 供电电源：3.6V 可充电锂电池和 220V 外接电源 外形尺寸：96mm×71mm×43mm 防护等级：IP65 功耗：采样周期 2 次/s 时，工作时间大于 3 年 工作温度：-20℃~80℃ 工作湿度：相对湿度 0%至 90%（不凝结）
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LTS826 远距离智能中继：
产品描述：转发轴温监测传感器节点的温度数据，并实现局部报警。 应用范围：发送功率大，绕射能力强，适合遮挡物较多的环境，适用于距 离的数据转发。 性能参数： 供电电源：220V 外接电源 传输距离：室内大于 600m，室外可视距离可达 800m 工作频段：2.4GHz 和 900MHz 外形尺寸：235mm×190mm×77mm 防护等级：IP65，防尘防水 工作温度：-20℃~80℃ 工作湿度：相对湿度 0%至 90%（不凝结） 其他特点：发送功率大，绕射能力强，适合遮挡物较多的环境 LTS880 远距离网关
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产品描述：收集中继，传感器节点的数据，并上传给后台的控制系统。 应用范围：适用于远距离的场合，可以以 USB、CAN 或 TCP/IP 与后台控 制系统通信。 性能参数： 工作频段：900MHz 供电电源：支持外部 5V~24V 直流电源供电 传输距离：室内大于 600m，室外可视距离可达 800m 外形尺寸：156mm×103mm×30mm 防护等级：IP54 工作温度：-20℃~80℃ 工作湿度：相对湿度 0%至 90%（不凝结） 用户接口：USB、CAN、TCP/IP
3.3 能源计量信息管理系统
3.3.1 系统概述
无线能源计量信息管理系统是一套专门用于在线能源计量管理的信息系统。 尤其对于冶金矿业中的能源数据，通过无线自组网技术进行能源数据在线监测 第 37 页
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实现数据分析、异常诊断、故障预知和突发事件应急联动等功能，进而为工业环 境安全生产提供了有效的保障基础。 无线能源计量信息管理系统由前端能源数据采集器、智能无线中继和无线网 关组成数据采集网络，以实现对计量点的实时在线监测。能源数据采集器在其无 线通讯的范围内，开机后可自动识别并加入到无线 Mesh 传输网络中，定时将 多种工业变送器标准信号，包括电阻信号、电流信号、电压信号（涉及到压力、流 量、温度的测量），通过无线、自组织、多跳的方式进行发送，根据通信距离，可 通过智能无线中继，最终汇聚到无线网关，无线网关汇集能源数据采集器的数 据，并可通过选择 GPRS、RJ45、RS232、USB 等丰富的接口接入工业专网或服 务器，为系统提供能源数据分析、异常诊断和故障预知的基础依据。无线能源计 量信息管理系统从根本上解决了冶金现场能源计量管理不易监测的难题，具有 极高的可靠性和安全性。
3.3.2 系统架构
本系统采用北京时代凌宇公司自主知识产权的 LOIT 无线能源计量信息管理 系统建立能源管理调度中心。该中心通过 LOIT 无线能源计量信息管理系统软件 接收并发布能源数据采集器采集的数据，能实现对工厂水、电、风、气等能源介质 的实绩消耗数据、各种生产设备状况数据、作业事件信号、环保信息以及各种实绩 数据进行全天候、长时间、不间断的自动化集中监测。
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如上图所示，整个系统包括位于公司的能源管理调度中心和若干 Web 监控 终端组成。实现实时监控、数据采集、数据存储、能源平衡和数据发布等功能。 该软件将采集到的所有的生产数据及能源信号生成完整的实时数据库。软件 使用完全开放的数据存取接口，透明的使用，高压缩率，永久保存。为安排生产 计划和设备的定检修创造条件重要作业状况的跟踪，为各生产设备的作业状况 跟踪夯实基础。 软件以 Web 网页的形式，将数据实时发布到各班组各领导的浏览器中。通 过在防火墙上映射端口，各使用者在外地，在火车上都能实时地访问到数据， 查看到各种报表。 通过数据分析模块，可以为个方面的使用者提供快速和完全的分析工具为 各种专业的分析和模型的软件提供完全数据源生产能源调度决策支持提供班报、 日报、季报、月报和年报等多种报表。并可以将决策支持型数据处理从事务型数据 处理中分离出来，在其上建立数据仓库和数据集市，为将来的数据挖掘提供有 力保障。
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3.3.3 组网及采集工作原理
3.3.3.1 采集原理
能源数据采集器可将多种工业变送器标准信号，包括电阻信号、电流信号、 电压信号（涉及到压力、流量、温度的测量），通过无线、自组织、多跳的方式进 行数据远传，从而实现对水、电、风、气计量表数据的远程在线监测。此外，能源 数据采集器同时支持将汇集的能源计量数值，通过自组织无线 Mesh 网络，转 发至无线网关。如图所示：
无线能源数据监测原理图
3.3.3.2 组网规则
1）在每个监测位置安装相应的能源数据采集器。能源数据采集器上电初始 化后，会自动寻找路由，将采集的数据发送给无线网关。 2）在需要数据转发的位置上安放智能无线中继节点。智能无线中继节点的 安放位置和数量需根据现场的环境来进行设定。
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4）每个监测系统必须有且仅有一个无线网关，无线网关连接工控机后，即 会建立一个无线网络（2.4G）。当网络建立以后，能源数据采集器的采集数据 会自动传送至后台监控中心，此时即完成了自组织网络建立。 5）后台监控中心接收到的数据包包括以下信息：能源数据采集器 ID，能 源数据采集器通信质量（RSSI），被测量对象的传感量，电池电量。
3.3.4 系统特点
能源数据采集器将工业计量点采集的数据全部采用无线方式进行数据传输 ， 可以自动形成监测网络对监测数据进行采集和传输，保证了监测数据的可靠性 和实时性，并节省大量的人力物力。该系统产品主要有以下几方面的特点： 1、安装组织灵活：能源数据采集器和无线网关可在有效无线通信距离内任 意分布，通过自组织形成网络进行数据传输，安装极为方便；个别能源数据采 集器的损坏不影响整体功能，其变动、失效信息自动向无线网关汇总，维护方便 2、组网成本低：不需要使用无线基础设施，只需要利用能源数据采集器和 无线网关便可构建数据传输网络。 3、设备稳定可靠：能源数据采集器完全密封，可以应用在恶劣的环境中。 4、设备节能环保：能源数据采集器采用了低功耗技术，在由电池供电的情 况下可持续工作 1－5 年（视监测任务的不同），实现了监测过程中的免维护。 5、数据传输安全可靠：能源数据采集器采用跳频技术，可在复杂电磁环境 中可靠工作，抗干扰能力强。
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3.3.5 组网及相关产品介绍
3.3.5.1 能源数据采集器（LTS150）
3.3.5.1.1 产品功能 能源数据采集器可应用在不同的工业环境，将物理测量信号或普通电信号 转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备，适合应用于高温高 压强电磁环境，可对压力、流量、温度等测量值稳定传输；其采用具备一定的防 水能力的定制外壳封装，外型小巧，安装便捷。其外型封装方式分别如图所示：
LTS150 能源数据采集器 3.3.5.1.2 技术参数 支持外部 5V－24V 直流电源供电 工作频点：2.4GHz 发射功率：50mW 可视传输距离： 1.6km 典型工业现场传输距离：大于 400m 采用跳频技术，可在复杂电磁环境中可靠工作 第 42 页
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支持 4-20mA 电流信号输入/0-10V 电压信号输入（I 型） RS-485 接口（II 型） 工作温度：－20℃～80℃ 防护等级：IP54 防尘，防溅水保护 读写器尺寸： 96mm×71mm×43mm 产品认证 中国无线电管理委员会认证 CE 认证
3.3.5.2 智能无线中继 I 型（LTS821）
3.3.5.2.1 产品功能 智能无线中继 I 型转发网络中传输的能源数据采集器的数据信息，可自组 织成 2.4G 无线 Mesh 网络，将能源计量信息上传至无线网关。无线中继与无线 网关间可自组建立多跳路由，形成数据传输的主干网络，有效地扩大了信息传 输的距离和网络规模，增强了网络的健壮性。其采用具备一定的防水能力的定制 外壳封装，外型小巧，安装便捷。其外型封装方式分别如图所示：
LTS821 智能无线中继 I 型
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3.3.5.2.2 技术参数 支持外部 5V－24V 直流电源供电 工作频点：2.4GHz 发射功率：50mW 可视传输距离：1.6km 典型工业现场传输距离：大于 400m 采用跳频技术，可在复杂电磁环境中可靠工作 工作温度：－20℃～80℃ 防护等级：IP54 防尘，防溅水保护 读写器尺寸：96mm×71mm×43mm 产品认证 中国无线电管理委员会认证 CE 认证
3.3.5.3 无线网关（LTS880）
3.3.5.3.1 产品功能 LTS880 无线网关作为 2.4GHz 无线传感器网络的汇聚节点，通过无线射频 模块接收整个网络的监测数据信息，并可选择通过 USB 接口、或 RS232 接口、 或 GPRS 接口转发给后台服务器。产品外观如图所示：
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无线网关示意图 无线网关用于接收能源数据采集器、智能无线中继的数据信息，并上传给后 台监控软件。无线网关在实际应用中的连接示意如图所示。
无线网关接入网络示意图 3.3.5.3.2 技术参数 电源：支持外部 5V DC/220V AC 供电 工作频段：2.4GHz(ISM)频段 发射功率：50mW 可视传输距离：1.6km 典型工业现场传输距离：大于 400m 用户接口：USB 接口/RS232 接口/RJ45 接口/GPRS 接口 网络特性：自组织网络 网络规模：最大容纳 65535 个采集器 工作温度：－20℃～80℃ 防护等级：IP65 防尘，防溅水保护 读写器尺寸：126mm×78mm×22mm
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产品认证 中国无线电管理委员会认证 CE 认证
3.4 生产管理系统 MES
3.4.1 行业背景
当前钢铁行业所面临的生产经营环境，具有如下特点：
按订单生产，多品种、小批量生产是钢铁行业的发展趋势。
钢铁行业本来是以大规模批量生产见长的。近十年来，钢铁企业面临的市场 竞争环境发生了巨大的改变，客户对钢材的品种、规格需求越来越多样化，客户 需求呈现多品种、小批量特点。 这种局面下，钢铁企业对用户需求的预测越来越困难，为了减少库存，节 约成本，企业生产将减少预测性生产，转变为按订单生产；生产模式也由过去 大批大量生产方式转变成多品种、小批量生产方式。
加强生产成本控制是钢铁行业生存发展的必然要求。
要降低钢铁产品生产成本，有效的方法就是按照钢铁工艺约束大规模定制 生产，加强对原材料、能源、设备等资源的全面监控与调度，使现有资源发挥最 大效益；就是减少产品的库存，减少对资金的不合理占用。
加强质量管理是钢铁行业生存发展的必然手段。
产品质量是企业生存之本，多快好省的生产出客户满意的产品，就是要对 生产过程进行全程控制，实现质量 PDCA 大循环，减少次品废品和不必要的损 耗。
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工厂信息解决化方案汇总
提高经营管理的决策效率是企业发展的必要手段。
企业经营管理过程中，常常面临各种决策；而市场波动频繁，经营管理决 策不仅要保证正确性，也要有一定的时效性。这也需要以真实的、有时效性的基 础数据做决策的基础。 这些都是现代钢铁企业面临的挑战。目前普遍采用的技术就是运用信息化系 统，特别是轧钢 MES 系统。 实质上，钢铁行业产销是一对矛盾的统一体。从市场销售来看，必须实现按 订单生产，多品种，小批量，并充分考虑客户个性化需求，争取最广泛的细分 市场。从生产角度来看，如此则很难释放出企业的产能，达到产量的最大化。而 在钢铁行业，不实现产能最大，只是一味追求按单生产，追求每一个客户满意 赢得细分市场，企业内部只会增加生产成本，降低经济效益。所以，如何在生产 产能和订单销售之间达到平衡，既能很好实现产能最大，又能很好实现按单生 产，成为每一个钢铁企业面临的一个关键问题。 解决上述问题的最好办法是建立整体 MES 系统（也叫产销一体化系统）。 所谓产销一体化系统，就是把钢铁企业的生产和销售一体化，由信息化系统来 综合平衡、优化设定生产销售的模式，由信息系统来进行生产计划排程，最终目 的是实现企业效益最大化。 当前，MES 系统在国外知名大型企业中得到了广泛的应用，成为这些企业 保持市场竞争优势的重要手段；在国内也受到越来越多企业的重视，并在不少 企业成功应用。例如，早期的宝钢、武钢最早引进台湾中钢的整体产销 MES 系统 取得成功。但是由于实施较早，没有实施 ERP 系统，因此解决了“产销一体 化”，但是忽略了“帐物一体化”。济南钢铁集团在 2004 年就开始实施学习韩 国浦项产销一体化系统，并将韩国 POSDATA 的 MES 技术和 ORACLE ERP 系 统有机整合起来，成功实施了三炼钢/轧钢产线 MES 系统，取得了空前成功。 下面以钢铁行业棒线材生产管理系统为例，介绍 MES 的组成。
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3.4.2 棒线厂生产管理系统硬件
棒线厂生产管理系统硬件系统包括 MES 主服务器、轧钢现场操作终端、产销 业务操作终端等，并通过 MES 主干网互联共享通讯。
3.4.3 棒线厂生产管理系统软件
本棒线厂生产管理系统采用韩国浦项的 MES 平台架构定制开发实现。棒线 厂生产管理系统软件功能总体见下图：
三钢二炼钢轧钢MES系统软件总体（浦项）
SMES系统 质量管理
计划管理
作业管理
质量标准 质量标准
订单管理 订单管理
炼钢作业管理 炼钢作业管理
质量设计 质量设计
工序计划 工序计划
轧钢作业管理 轧钢作业管理
质量跟踪 质量跟踪
生产管制 生产管制
库存管理 库存管理
质量判定 质量判定
进程管理 进程管理
轧辊/设备管理 轧辊/设备管理
材质检验 材质检验
生产统计分析 生产统计分析
2级~3级之间接口管理 2级~3级之间接口管理
质量分析 质量分析
3级~4级之间接口管理 3级~4级之间接口管理 7
图1.
棒线厂生产管理系统软件功能总体
棒线厂生产管理系统软件功能包括三大类： 质量管理类：包括质量标准、质量设计、质量检验、质量判定、质量分析等功 能模块，主要是实现棒线材产线全面质量管理功能； 计划管理类：包括订单管理、工序计划、生产管制、进程管理、生产统计分析、 ERP 系统接口等模块，主要实现销产转换、作业计划等功能；
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工厂信息解决化方案汇总
作业管理类：包括线材和棒材轧钢作业管理、库存管理、跟踪系统接口等功 能。
3.4.3.1 订单分配管理系统
通过 ERP 或从销售部门接收订单信息，并检查和管理该订单是否可投入生 产。总调根据平衡产能的要求分配给棒线材生产线，实现总体产销平衡。棒线厂 生产管理系统主要处理棒材订单和线材订单。
生产订单、作业计划、物料计划、生产管制模式 总调
实现内容：
炼钢中板 MES
棒材订单 中板 订单
• 总体产销平衡 • 棒线材排产模式，对坯、工 艺路线的处理 • 管控模式，热送协调 • 炉号管理 • 长材发货管理、价格规则、 线材订单 结算（客户结算、ERP结算） • 工艺路线与质量设计的关系
炼钢棒线 MES
棒线 订单
物料设计 炉 次 指 示
方 坯 实 绩
棒线生产管制 约束集
图2.
1.产能约束 2.新钢种约束 3.设备约束 4.热送约束 5.节能约束
..
110
订单管理系统概要
3.4.3.2 质量管理系统
建立棒线材的质量体系，包括通用标准、客户特殊要求和内控标准，对已接 收的订单，为了保证客户的质量要求，根据国际、国家、内控和客户要求给出质 量管理标准，设计出产品的质量/生产规范，并对产品进行质量判定给出最终产 品的质量。质量管理范围包括：质量/生产规范设计 ~质量设计确认 ~ 质量判定 ~ 质量管制/分析。具体功能如下： 第 49 页
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1）质量标准管理 在质量标准数据库中管理所有质量管理所需的标准数据。（用于质量设计和 判定） -
按国际标准和公司内部标准管理的材质、公差。
-
按工序管理生产规格标准(出钢、连铸、 轧制、表面、产品宽度余量等)。
-
缺陷代码及质量判定标准。
-
取样标准等。
-
在数据库管理质量标准数据变更履历
2）质量设计 针对棒线厂生产管理系统，质量设计中的工艺路线设计功能，应支持预设 工艺路线根据生产实际路线进行调整功能，预设工艺路线支持对多条并行产线 进行工艺路线设计的功能。 A、标准设计：对产品进行成份、材质及交付条件设计。 -
成分设计
-
材质设计
-
交付条件设计
B、客户设计:
按客户需求进行成分、材质及交付条件设计。
-
成分设计
-
材质设计
-
交付条件设计
C、公司内设计：按企业内部标准进行成份、材质及交付条件设计。 -
成分设计
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材质设计
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轧钢制造标准设计
D、生产规格标准设定：对正常接受的订单，从事先定义的标准数据库中调出满 足客户所要求生产规格的各工序生产规范进行匹配。 主要内容： 第 50 页
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作业温度基准
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各作业工序厚度、宽度/各作业条件厚度、宽度公差范围
-
各种包装量/成分、温度/延伸率、目标凸度、目标平直度、下压率, 张力等
E、确认质量设计： -
按订单编号提供材质/生产规范基准匹配结果画面，确认质量标准及生 产规范设计结果。
2）质量跟踪 收集各工序作业中发生的质量实绩，找出影响最终产品质量的数据，并反 映在下一工序的作业指示中，以支持解决产品的质量问题。标准管理按工序类别 定义质量跟踪的标准，产生质量异常实绩时，根据标准设定质量措施代码和质 量异常，根据作业实绩及订单信息中的质量跟踪代码判断质量异常与否，并给 出质量异常信息与质量异常措施。 3）质量判定 按各产品类别判定成分、材质、外观实绩是否符合标准及客户需求的功能。针 对钢厂具体情况需要详细调研，如：线材质量判定流程与炼钢中板现有方法不 同，需要确定流程进行分级判定方法。 A、成份化验实绩判定： 按炉次比较其化学成分实绩与成分设计标准进行判定。检查成分实绩是否在 指示的最大，最小值范围内并判定格合与否。 B、材质检验实绩判定 按产品材质检验实绩与材质规范设计标准进行判定。材质检验实绩与质量规 范设计标准比较, 判断是否在容许范围内。主要检验内容：拉伸强度、硬度、屈服 强度、外观检查实绩判定产品的表面缺陷实绩与质量设计规格相比较进行判定。 C、以成份化验内容及结果、材质检验内容及结果等认证产品质量所需的项目为中 心发行质保书。以成分化验、材质检验及表面检查实绩为基础的综合判定结果报 第 51 页
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告单。 -
主要打印内容是客户质量要求、材质检验实绩、外观检查实绩、质量等级 判定结果。
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不合格时，提供每一种不合格项的标准数据和实际数据
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在产品发货时，发行质保书。
4）质量管制及分析 -
查询产品质量实绩信息。
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查询质量异常材。
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查询在工厂生产过程中发生质量异常的产品信息。
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加热炉、轧钢工厂等措施质量异常材。
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对质量发生异常的产品及半成品，质量管制员判断质量异常发生状况进 行处理，而可决定今后作业进程。
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查询非正品质量信息查询及汇总判定为非正品产品的质量实绩。
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成分、材质、外观等详细质量信息查询。 为用户为主的质量信息分析和管理提供质量数据。
3.4.3.3 物料设计系统
为生产符合客户要求的产品，编制作业计划，并考虑工序作业能力、轧辊使 用情况和物流分配等约束，功能范围包括：订单对象、中间库及成品库、总调、生 产管制和二连钢及轧钢厂的计划部门。主要功能有： 1）编制工序计划对象： 由总调按照实际需要分配订单对象，决定物料设计的订单量，根据各工厂 设备可生产规格检查订单要求的规格，选择设计的订单材。 2）方坯规格设计： A、HMI 方坯设计
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对系统未自动编制的订单手动进行方坯设计。HMI 输入方坯设计结果，对利 用 HMI 设计的方坯进行信息编辑及输入，充分考虑运输方式和可设计的最大方 坯长度，设计出合理的方坯。 B、自动方坯设计 充分考虑生产设备的生产能力，按照客户的订单量、订单尺寸、包装、单重、 交付条件、允许公差、轧钢厂允许最高单重，运输方式，决定方坯尺寸、单重及件 数。 ３）系统流程图
月生产计划
设备运转计划
原材料分析信息
工序计划 出钢/轧钢规格 出钢/轧钢规格 编制生产批 分配生产批 编制炉次/连浇炉次/轧辊 作业指示
作业指示 作业指示
作业编制方针
图3.
工序计划流程
3.4.3.4 生产管制系统
根据工序计划的物料设计结果，为提高产品的质量和生产率，根据各工序 作业状况监视及各工序作业特性与运转状况，用 MES 画面随时给生产管制人员 提供轧钢作业中发生的作业状况、设备运转状况、进程中的材料变动状况。
3.4.3.5 进程管理系统
主要处理接受客户订单后，为了保证在交货期内生产产品并发货，根据标 准生产工期，按客户和产品管理生产作业状况。主要包括订单进程管理、材料进
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程管理、计划进程管理和实绩进程管理。 1）订单进程管理： A、收集订单进程实绩数据收集订单进程管理所需的信息。 -
订单管理系统
( 订单确认及修改/取消订单信息)
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生产计划系统
(作业指示信息)
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质量管理系统
(综合判定结果信息)
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作业管理系统
(作业实绩信息)
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库存管理系统
(出库信息)
B、订单进程管理 -
按客户订单的作业进程状态为基准检查订单进度。
C、按客户管理进程状态 -
从订单确认以后至下达工厂作业指示之前的订单进程状态 ;例如：等待 订单投入、等待入炉
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修改及取消订单确认处理后的订单状态;
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生产完成后到发货终结为止的订单状态，例如：生产完成，发货终结等
D、按客户管理生产进程量按客户和工序管理生产进程量，计算当前生产进程量 和追加作业指示量。 -
接到正常产品生产实绩时，计算前后工序间进程量并输入到数据库中。
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接收到不良品生产实绩时，变更作业指示，以便下达追加生产的作业指 示材料进程管理。
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从相关系统收集、管理并提供各材料（原材料/成品）的作业进程信息。
2）订单替代 对判定为不良品的成品，找新的客户进行匹配。 处理方法：检索出符合客户所要求产品规格的订单，并显示在画面上，由 负责人决定相应的客户。一旦负责人确定替代处理，由系统自动处理订单及产品 的信息的变更。订单替代可以成批替代或以客户为单位替代。 3）余材充当 第 54 页
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进程管理模块实时跟踪炼钢轧钢物料状态和新订单进入状态，监控余材库 存状态，随时进行余材插入替代，以充分提高余材利用效率。 4）销售/客户订单进程查询 棒线厂生产管理系统进程管理功能使得客户和销售公司可以实时查询掌握 订单的生产过程进度信息，客户和销售公司可以根据此安排发货车辆运输计划。
3.4.3.6 作业管理跟踪粒度及接口
作业跟踪粒度决定作业管理的详细程度，粒度的选择要依靠生产线来确定 ， 依照棒线材作业线的现场情况，在物流跟踪的粒度方面做出如下的优化，用来 支持精益管理。对炼钢采用炉次为单位的物料跟踪，对棒材、、线材统一跟踪到炉 次和扎代号，对成品跟踪的捆次。 作业管理模块的物流跟踪离不开实时数据库的支持，但是为了系统安全性 和可实施性，系统接口方面采用报文或数据库集成方式。开发模式采用合作方式 开发。
3.4.3.7 库房管理系统
通过有效的库管理，提高生产率及作业率。包括炼钢方坯库、线、棒材厂的原 料库、中间库和成品库管理。 1）
入库处理 对方坯原始位置、目标位置管理，完成入库后，与订单进程管理系统连接。
2）库存信息修改 在仓库内按同一类型分类并堆放方坯，以便提高堆放作业效率，并在仓库 内变更方坯堆放位置时，存储作业人员利用 MES 画面输入堆放位置变更信息
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3）出库处理 仓库中的方坯要出库时由 ERP 或 MES 下达出库指示，作业人员利用 MES 画面输入出库实绩信息，在库数据库管理输入的出库信息并把出库实绩上传 ERP 系统获预留接口，完成出库。 4）打印库存清单 打印当日入库的方坯/线棒材库存清单 打印当日出库的方坯/线棒材库存清单 按方坯/线棒材规格及特性打印库存清单 5）库图管理 根据库管理标准，设定区域，按位置管理堆放状态。需要时，库管理人利用 MES 画面可以查询全部库图信息。 6）产品发运管理： 根据产品下线和库存情况生成产品发货计划，并能生成最优挑库建议，适 应钢铁产品发运的复杂要求。考虑和 ERP 发货模块的联合集成。
3.4.3.8 销售和结算
包括销售的发货管理，价格规则和结算功能，价格和结算内容包括棒线材 产品，并能够提供结算单。
3.4.3.9 数据库设计
棒线材产线 MES 系统数据设计方面沿用炼钢-中板 MES 系统数据设计理念， 如下图：对各个模块的数据表及索引建立独立的表空间，对于基础数据表进行
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整合共用同一的主数据表如质量标准；对于炼钢和线棒材作业管理系统建立独 立的表空间。系统在开发期间应适用开发服务器，以免影响已经稳定炼钢中板 MES 系统。
数据库设计 主数据库服务器 IBM570
IBM550
PIDX、PDAL等
上线初始化
开发数据库服务器 MES数据库设计使用原则： • 同库，不同表空间 • 2套MES共用基础数据、主数据表，如质量标准各表 • 线棒材MES业务数据建新表空间 • 综合类数据报表可采用UNION方法（如分棒、线、 板统计）
10
图4.
数据库设计方式
3.4.4 轧钢数采系统
3.4.4.1 轧钢数采系统硬件网络设计
轧钢数采系统硬件网络设计见下图：
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轧钢DAS系统硬件设计
数据采集服务器 INSQL SERVER 主干网
IDAS+IOSERVER
计划调度 加热炉
加热炉
图5.
轧机
精轧
成品
精整区域
轧钢厂 DAS 系统硬件网络设计
系统由公司主干网络，连接包括 IDAS+IO SERVER、INSQL SERVER 以及 生产管理终端共同构成，实现数据采集 DAS 系统功能和数据集成功能。其中数 据采集 IDAS——IO SERVER 又分别和各生产区域工序（加热炉/轧制/精整/成 品）控制系统联结，实现各工序现场数据采集，并上传分厂 INSQL 实时数据库。 分厂 INSQL 数据库中投料/收料数据经过数据集成模块处理后，按照 ERP 系统 要求上传 ERP 系统；而重点工艺参数数据则一方面可在分厂显示监控，一方面 匹配物流上传公司生产质量监控系统显示、处理、监控。
3.4.4.2 轧钢数采系统软件功能设计
轧钢 DAS 系统必须按照批次作业进行数据采集工作，包括工艺秤数据和重 点工艺参数的采集。轧钢厂 DAS 系统功能见下图：
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轧钢分厂DAS+DEMO标准功能
1。轧钢生产作业指令接收执行； 2。轧钢投料作业数据采集/收集（DAS）； 3。轧钢收料作业数据采集/收集（DAS）； 4。高线按照批次匹配上传ERP系统； 5。棒材按照捆次上传ERP系统； 6。原料/成品库存管理（台帐）； 7。轧钢重点工艺参数采集（DAS）； 8。必要的就源数据录入与操作。
图6.
轧钢 DAS 系统主要功能
主要功能包括： 1．
生产指令接收功能：接收 ERP 系统下达轧钢生产指令，存储准备
执行； 2．
生产作业计划编制功能：根据生产指令进行生产作业计划的编制，
精度可到炉次（可选项/如果 ERP 生产指令下达到作业计划，则本项功 能不选）； 3．
生产投料计质量功能：根据作业计划，收集采集投料计量、质检信
息并收集整理上传； 4．
生产成品收料计质量功能：根据作业计划，收集采集成品计量、质
检信息并收集整理上传； 5．
关闭生产指令/上传 ERP 功能：根据生产指令和作业计划的匹配关
系，按照批次上传 ERP 系统生产指令执行实绩；完工确认后，关闭生 产指令，进行成本核算； 6．
原料场管理：对原料库存进行台帐式管理；
7.数采系统功能：实现对轧钢重点工艺参数的采集。
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8.必要的基础自动化改造（在 PCS 改造项目中实施）。 轧钢生产 DAS 工作流程是按照批次进行作业管理的，见下图：
轧钢生产DAS+DEMO工作流程
轧钢数据集成
加热炉
轧机
精整
成品
DAS
DAS
DAS
DAS
图7.
轧钢生产 DAS 系统工作流程
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